南通大学纺织服装学院Min Li等–​富含氧缺陷的赤铁矿纳米棒@还原氧化石墨烯芯鞘纤维用于高质量的柔性不对称超级电容器

柔性非对称超级电容器具有的高工作电位、高能量密度、优异的速率性能等对柔性电子的发展具有重要意义。本文合理设计和制备了氧缺陷赤铁矿纳米棒@还原氧化石墨烯(Fe₂O_3-x@RGO)芯鞘纤维。引入氧缺陷可以同时提高电导率，形成介孔晶体结构，增加活性表面积和活性位点。这导致了电化学性能的显著提高，在5 mV s^-1下表现出525.2F cm^-3的高比电容和优异的倍率能力(从5到100 mV s^-1保持53.7%)。此外，以Fe₂O_3-x@RGO纤维为负极，MnO₂/RGO纤维为正极，组装了柔性非对称超级电容器。该设计实现了2.35 V的最大工作电压，71.4 mWh cm^-3的高能量密度，以及5000次循环后97.1%的保留率。本研究提出了一种简单有效的策略，可以大幅提高过渡金属氧化物负极的电化学性能，从而促进其在非对称超级电容器中的实际应用。

图1. (A) Fe₂O_3-x@RGO纤维的制作示意图。Fe₂O_3-x@RGO纤维的表面(B-D)和截面(H-J) SEM图像。(E-G)对应C、O、Fe元素映射图像。

图2. (A-C) Fe₂O_3-x的TEM图像。(D-F)Fe₂O_3-x和Fe₂O₃纳米棒的XRD、Raman和O 1s XPS光谱。

图3. Fe₂O_3-x@RGO和Fe₂O₃@RGO纤维电极的电化学性能。(A)扫描速率为10mV s^-1时的CV曲线。(B) Fe₂O_3-x@RGO纤维电极的CV曲线。(C)扫描速率与比电容的关系。(D) Nyquist图。

图4. (A)组装后的Fe₂O_3-x@RGO纤维/MnO₂/RGO纤维不对称SC示意图。(B) Fe₂O_3-x @RGO纤维和MnO₂/RGO纤维电极在20 mV s^-1时的CV曲线。(C, D)不同电压窗下的CV和GCD曲线。(E)比电容与0.5 A cm^-3工作电压的关系。

图5. 不对称SC的电化学性能。(A) CV曲线。(B) GCD曲线。(C)不同电流密度下的比电容。(D)体积能量和功率密度，与先前报道的纤维器件的比较。(E)循环稳定性。(F)不同弯曲角度下的CV曲线。(G) 180°弯曲角时的机械稳定性。(H)设备点亮“NTU”标志。

相关研究成果由南通大学纺织服装学院Min Li等人于2023年发表在Journal of Colloid And Interface Science (https://doi.org/10.1016/j.jcis.2023.09.055)上。原文：Oxygen defect enriched hematite nanorods @ reduced graphene oxide core-sheath fiber for superior flexible asymmetric supercapacitor。